La inteligencia artificial (IA) ha avanzado significativamente en los últimos años, y ahora ha llegado a un nuevo hito en el campo de la biología. Científicos han creado un sistema de IA capaz de generar enzimas artificiales desde cero. En pruebas de laboratorio, algunas de estas enzimas funcionaron tan bien como las encontradas en la naturaleza, incluso cuando sus secuencias de aminoácidos generadas artificialmente divergieron significativamente de cualquier proteína natural conocida.
- El poder de la inteligencia artificial en la biología
- Creando proteínas artificiales desde cero
- El futuro de la ingeniería de proteínas
- Consultas habituales
- ¿Qué es la inteligencia artificial?
- ¿Cómo funciona la inteligencia artificial en la creación de proteínas artificiales?
- ¿Cuáles son las aplicaciones potenciales de las proteínas artificiales generadas por IA?
- ¿Cuál es la diferencia entre la evolución dirigida y la generación de proteínas artificiales por IA?
El poder de la inteligencia artificial en la biología
El experimento demuestra que el procesamiento del lenguaje natural, aunque fue desarrollado para leer y escribir texto, puede aprender al menos algunos de los principios subyacentes de la biología. Salesforce Research desarrolló el programa de IA llamado ProGen, que utiliza predicción de siguientes tokens para ensamblar secuencias de aminoácidos en proteínas artificiales.
Los científicos afirman que esta nueva tecnología podría llegar a ser más poderosa que la evolución dirigida, una tecnología de diseño de proteínas que ha ganado el premio Nobel, y revolucionará el campo de la ingeniería de proteínas de 50 años de antigüedad al acelerar el desarrollo de nuevas proteínas que pueden ser utilizadas para casi cualquier cosa, desde terapéuticos hasta la degradación de plásticos.
Creando proteínas artificiales desde cero
La creación de proteínas artificiales con la ayuda de la inteligencia artificial es un proceso maravilloso. Los científicos alimentaron simplemente las secuencias de aminoácidos de 280 millones de proteínas diferentes en el modelo de aprendizaje automático y permitieron que digiriera la información durante un par de semanas. Luego, ajustaron el modelo proporcionándole 56,000 secuencias de cinco familias de lisozimas, junto con información contextual sobre estas proteínas.
El modelo generó rápidamente un millón de secuencias, y el equipo de investigación seleccionó 100 para probarlas en función de qué tan cercanas eran a las secuencias de proteínas naturales y qué tan naturalistas eran la gramática y la semántica de los aminoácidos subyacentes de las proteínas de IA.
De estas primeras 100 proteínas, el equipo seleccionó cinco para probarlas en células y comparar su actividad con una enzima encontrada en las claras de huevos de pollo, conocida como lisozima de clara de huevo de gallina (HEWL). Las lisozimas similares se encuentran en las lágrimas humanas, la saliva y la leche, donde defienden contra bacterias y hongos.
La primera estructura documentada de una proteína artificial totalmente diseñada por IA es una lisozima generada por ProGen con un 69% de identidad con cualquier proteína natural conocida.
Dos de las enzimas artificiales pudieron romper las paredes celulares de las bacterias con una actividad comparable a la de la HEWL, aunque sus secuencias eran solo aproximadamente un 18% idénticas entre sí. Las dos secuencias eran aproximadamente un 90% y un 70% idénticas a cualquier proteína conocida.
Incluso una sola mutación en una proteína natural puede hacer que deje de funcionar, pero en otra ronda de pruebas, el equipo descubrió que las enzimas generadas por IA mostraron actividad incluso cuando solo el 34% de su secuencia se parecía a cualquier proteína natural conocida.
La IA incluso pudo aprender cómo deberían ser moldeadas las enzimas, simplemente estudiando los datos de secuencia en bruto. Medidas con cristalografía de rayos X, las estructuras atómicas de las proteínas artificiales se veían tal como deberían, aunque las secuencias no se parecían a nada visto antes.
El futuro de la ingeniería de proteínas
La capacidad de generar proteínas funcionales desde cero demuestra que estamos entrando en una nueva era de diseño de proteínas. Esta herramienta versátil está disponible para los ingenieros de proteínas, y esperamos ver sus aplicaciones terapéuticas en el futuro.
La inteligencia artificial está demostrando su potencial en una amplia gama de campos, y la biología no es una excepción. La creación de proteínas artificiales utilizando IA abre nuevas posibilidades en la medicina, la industria y la sostenibilidad. Desde el diseño de enzimas más eficientes hasta la degradación de plásticos, las proteínas artificiales generadas por IA pueden ayudarnos a abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo.
Consultas habituales
¿Qué es la inteligencia artificial?
La inteligencia artificial es un campo de estudio que se ocupa de la creación de sistemas y programas capaces de realizar tareas que normalmente requerirían inteligencia humana. Estos sistemas pueden aprender, razonar, reconocer patrones y tomar decisiones basadas en datos y algoritmos.
¿Cómo funciona la inteligencia artificial en la creación de proteínas artificiales?
La inteligencia artificial utiliza algoritmos de aprendizaje automático para analizar grandes cantidades de datos de secuencias de aminoácidos y aprender patrones subyacentes. Con esta información, puede generar nuevas secuencias de aminoácidos que formen proteínas artificiales con características específicas.
¿Cuáles son las aplicaciones potenciales de las proteínas artificiales generadas por IA?
Las proteínas artificiales generadas por IA tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales. Pueden ser utilizadas en terapias médicas, como enzimas más eficientes en la industria química, o incluso en la degradación de plásticos para abordar el problema de la contaminación ambiental.
¿Cuál es la diferencia entre la evolución dirigida y la generación de proteínas artificiales por IA?
La evolución dirigida es un proceso en el que se realizan mutaciones aleatorias en las secuencias de aminoácidos de las proteínas y luego se seleccionan las variantes que tienen características deseadas. En cambio, la generación de proteínas artificiales por IA utiliza algoritmos de aprendizaje automático para generar secuencias de aminoácidos que cumplan con ciertos criterios de diseño.
La inteligencia artificial ha llegado al entorno de la biología y está revolucionando la forma en que diseñamos y creamos proteínas. La capacidad de generar proteínas artificiales desde cero utilizando IA abre nuevas posibilidades en campos como la medicina, la industria y la sostenibilidad.
Con la ayuda de la IA, podemos diseñar enzimas más eficientes, desarrollar terapias médicas innovadoras y abordar los desafíos ambientales mediante la degradación de plásticos. La inteligencia artificial está demostrando su poder en la biología, y estamos emocionados por ver las próximas innovaciones que surgirán de esta nueva era de diseño de proteínas.
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